高灵敏度SiC动态高温压力传感器仿真研究

为了提高碳化硅(SiC)动态高温压力传感器的灵敏度,采用p型SiC材料,同时对传感器的敏感单元的不同结构———方膜和圆膜,利用Ansys软件进行了静力学仿真与分析,并完成了敏感芯片的尺寸设计。仿真结果表明:优化后的传感器输出灵敏度为14.2μV/(V·kPa)。在100~600℃内非线性误差小于1.53%。动态仿真表明:传感器的固有频率为481kHz,传感器可以在160kHz高频环境中安全工作,该结果为进一步制备SiC高温压力传感器奠定了理论支撑。

基于共晶焊技术的高温压力传感器无引线封装技术研究

针对MEMS高温压力传感器在高温特种环境下存在引线电学失效的不可靠性因素,制备了基于共晶焊技术的无引线封装SOI高温压阻式压力传感器。利用金锗合金焊料共晶焊接技术完成芯片与陶瓷基板的焊盘之间的连接。推力测试结果表明:其焊接强度最大值可达28.30 MPa,均值约为26.47 MPa。完成300℃环境下的老化后,其300℃高温环境下零点漂移为0.216%,时漂约为7.64μV/h。老化后常温静态压力测试线性度为0.126%,迟滞为0.136%,重复性为0.197%,均小于2‰,基本误差为0.433%。研究结果验证了金锗焊料共晶焊接制备无引线封装压力传感器的技术路线可行性。

基于4H-SiC的开槽四梁式压阻式加速度计设计及仿真研究

基于4H-SiC设计了一种开槽四梁式的压阻式加速度计,通过分析开槽位置、开槽大小对传感器灵敏度及固有频率的影响确定了开槽的相关参数,并对该结构采用有限元方法进行了热-力耦合仿真,确定了该结构在不同温度场下施加不同载荷时的理论电压输出。研究结果表明:该结构相较于传统双端四梁结构输出灵敏度提升51.4%,固有频率仅下降14.2%,在ANSYS 600℃的稳态温度场环境下,传感器输入载荷与输出电压成线性关系,理论满量程输出为39.71 mV。

基于4H-SiC的低横向灵敏度压阻式加速度计设计仿真研究

文中基于4H-SiC设计了一种开槽式低横向灵敏度压阻式加速度计,通过分析支撑梁位置及开槽尺寸对加速度计性能的影响确定了相关结构参数,并对该结构采用有限元方法进行了热-力耦合仿真,确定了该结构在600℃温度场中施加不同载荷时的理论电压输出。研究结果表明:该结构相较于已有的双端四梁结构X轴方向的横向灵敏度由3.3%降至2.6%,Y轴方向横向灵敏度由29.9%降至1.5%,传感器芯片在600℃高温环境下输入载荷与输出电压呈线性关系,100 g载荷下的理论输出电压为3.65 mV。

RCN1和GRP78在结直肠癌中的表达及临床意义

目的:检测RCN1和GRP78在结直肠癌组织中的表达水平,分析与临床病理特点的相关性,并探索预后价值。方法:采用TCGA及UALCAN数据库分析RCN1和HSPA5 mRNA在结直肠癌中的表达情况,收集临床标本进行免疫组化验证两者表达情况,分析与临床病理特征的相关性及预后价值。结果:生物信息学分析表明,RCN1和HSPA5 mRNA在结直肠癌中都显著高表达,并且两者表达呈正相关。RCN1表达与N分期及TP53突变显著相关,HSPA5在黏液腺癌中的表达较高。在结直肠癌组织中,RCN1和GRP78蛋白均高表达并定位于细胞质,GRP78的表达与T分期显著相关。Kaplan-Meier生存分析曲线显示,RCN1高表达组患者DFS明显低于低表达组患者,且有较短的OS趋势。多因素COX回归分析表明,神经侵袭、TNM分期及高表达的RCN1是结直肠癌DFS的独立危险因素。相关性分析:RCN1和GRP78在结直肠癌中表达呈正相关。结论:RCN1与GRP78表达呈正相关,是结直肠癌不良预后的独立危险因素。

SiC高温压力传感器动态性能研究

面向航空发动机测试等恶劣复杂测试环境中动态压力测试需求,本文从芯片及封装结构设计、性能模拟仿真、器件制作工艺及传感器动态性能测试方面对碳化硅(SiC)高温压力传感器动态性能进行了系统研究。仿真结果表明:传感器频响为32.4kHz,上升时间为40μs。测试结果表明:传感器的频响不低于5kHz,上升时间为93μs。此传感器具有动态响应频率高、冲击信号响应速度快特点,为航空发动机内脉动压力测量提供了技术支持。

AlGaN基深紫外LED的可靠性研究及寿命预测

围绕AlGaN基深紫外LED的外延生长、工艺制备等因素对深紫外LED可靠性的影响以及加速寿命预测等方面开展了系统的研究。探索了量子垒(Quantum Barrier,简称QB)中Al组分、电子阻挡层(Electron Barrier Layer,简称EBL)中Al组分、同尺寸芯片不同台面面积等因素对深紫外LED可靠性的影响,确定QB结构Al组分为74%,EBL结构Al组分为75%,台面面积为P68。对优化后的深紫外LED设计了热、电应力老化试验,结合阿伦纽斯模型、逆幂律模型、指数最小二乘拟合对深紫外LED的寿命进行预测。实验结果表明,随着电、热应力的增加,深紫外LED可靠性随之降低,阿伦纽斯模型预测寿命为5027 h,逆幂律模型预测寿命为5400 h,正常工作电流40 mA下,深紫外LED实际寿命为5582 h,逆幂律模型预测精度较阿伦纽斯模型提升了6.7%。本研究将为提高深紫外LED的可靠性和产品应用普及提供坚实的理论基础。

MEMS正装传感器复合钝化层高温可靠性的研究

绝缘体上硅(SOI)所制备的压阻式正装压力传感器可在高温下良好工作,但高温环境下电阻条和金属引线长期暴露在环境中易受到氧化和腐蚀,对传感器的输出造成影响,使电学性能发生变化甚至失效,为避免这种情况,通常在表面进行钝化处理。文中采用SiO_(2)-Si_(3)N_(4)复合钝化层对SOI正装传感器芯片进行钝化,并且对钝化层进行高温老化考核,模拟高温和恶劣环境,验证其高温可靠性。实验结果表明:按照SiO_(2)厚度为200 nm、Si_(3)N_(4)厚度为300 nm的SiO_(2)-Si_(3)N_(4)复合钝化层能在350℃高温下对正装传感器进行有效保护且电学性能完好,满足芯片在高温下可靠性的要求。

MEMS高温压力传感器耐高温引线结构优化

绝缘体上硅(SOI)高温压力传感器可在高温(高于125℃)下工作。通常情况下构成惠斯通电桥的电阻单独处于压力敏感区,以提高其灵敏度,但在其工作期间压力传感器器件区电阻重掺区与金属引线连接处存在一定高度差,在加压加电高温环境下此处热应力变大,金属引线因过热而出现金属引线断裂或失效,无法满足高温需求。在此基础上研究了一种硅引线技术,使其与压敏电阻处于同一高度层,金属引线平铺在硅引线上端,经退火后形成良好的欧姆接触。实验测试表明,该方案能使压力传感器在300℃高温环境下正常工作,金属引线与电阻区连接完好,传感器敏感区应力降低接近50%,且优化后传感器灵敏度符合设计要求。

用于E型薄膜制备的双掩膜工艺研究

在高温压力传感器中,与C型膜片相比,E型膜片的稳定性强,非线性误差小,相同挠度下灵敏度高。在微机电系统(MEMS)工艺流程中薄膜制备较重要,其形貌结构对传感器的性能影响较大。但E型薄膜的制备过程较难,为制备出形貌良好的E型(硅岛)薄膜,采用深反应离子刻蚀机,以SF_(6)为主要刻蚀气体,通过改变掩模材料对制备工艺进行优化改进,使用共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对刻蚀后的形貌进行表征。实验表明,通过使用ROL-7133负胶和SiO_(2)双掩膜,前烘90 s,中烘120 s,显影50 s,得到了硅岛高度为50μm、背腔深度为450μm的E型薄膜,垂直度较高且整体形貌较好,符合传感器制作要求。

热老化对不同封装形式SOI基压阻式芯片的影响

采用热老化的手段提高封装后芯片的输出稳定性及使用寿命,并对热老化温度与老化时间的匹配问题进行了研究。首先介绍了压阻传感器的老化机理,然后在不同温度下对同批次不同封装形式绝缘体上硅(SOI)基压阻芯片进行老化,并对芯片老化前后数据进行对比。结果表明,300℃加电老化情况下,芯片稳定输出的时间为12h,且老化后芯片的各项指标均有改善。在温度允许范围内,适当的老化温度可以使芯片达到稳定输出状态,提升工作效率的同时为优化SOI基压阻芯片的老化时间提供了参考。

微结构太赫兹调制技术研究进展

太赫兹调制技术凭借其独特的功能特性,在安全检测、医疗成像和下一代6G通信等多个领域展现出巨大的应用潜力和价值。其核心在于对太赫兹波的振幅、相位、偏振等关键参数的精准调制并按照目标领域对波形进行赋形,以满足多样化应用需求。本文全面梳理了基于人工电磁微结构的太赫兹调制技术最新研究进展,深入剖析了调制机理,并阐明了关键设计策略与方法。特别地,重点介绍了微加工工艺与THz功能材料(如相变材料、石墨烯、钙钛矿和液晶等)相结合的太赫兹调制器件在调制深度、响应速度和稳定性方面取得的最新研究成果与突破,为太赫兹调制技术走向实际应用提供一定的技术支撑。最后,客观分析了微结构太赫兹调制器件所面临的主要挑战与限制因素,并基于当前研究趋势,对太赫兹调制技术未来发展方向做出了展望,旨在为未来研究与实践提供方向性参考。

压阻式压力传感器硅电阻条浅槽刻蚀的研究

MEMS压阻式压力传感器的电阻条刻蚀效果对传感器的性能及高温环境下工作寿命起着至关重要的作用。采用SPTS深硅刻蚀机以SF6为刻蚀气体,C4F8为保护气体进行刻蚀实验。通过改变刻蚀气体通入时长、保护气体通入时长以及射频功率进行参数匹配,根据台阶仪和SEM电镜的观察数据对刻蚀效果进行评估,最终确定了刻蚀气体流量25 sccm,刻蚀气体通入的时长为2.5 s;保护气体流量50 sccm,保护气体的通入时长为2.5 s,射频功率为2 500 W的刻蚀条件。该条件下刻蚀速率为1.54μm/loop。刻蚀均匀性为2.9%.

压敏电阻的热应力分析及结构优化

为解决SOI压阻式压力传感器敏感芯片上电阻条因热应力堆积导致的断裂问题,通过在电阻条上容易堆积应力的弯折处建立平滑倒角的方式来降低热应力堆积,提高电阻条的热稳定性。利用多物理场耦合分析软件对有无倒角的2种结构进行仿真分析,仿真结果表明:在常压450℃条件下,倒角的存在使得电阻条弯折处的应力比无倒角的结构降低了50%。在300℃测试环境下无倒角电阻发生断裂,而有倒角电阻在300℃测试以及之后的温度测试中结构完好,电压输出正常,表明倒角的设计有助于提高敏感芯片的耐温性,从而提高传感器的热稳定性。

低热零点漂移的高温绝压压力传感器

传统的高温绝压压力传感器一般采用硅和玻璃进行阳极键合来制备绝压腔。由于高温环境下硅片和硼硅玻璃的热膨胀系数不匹配,从而产生较高的热零点漂移。文中提出了一种低热零点漂移的压力传感器设计方案,由硅-玻璃-硅的三层结构代替普通的双层阳极键合结构,并给出了热力学仿真模型。分析表明:改变传感器硅与玻璃的结构比例,实现应力匹配可以有效减小热应力。对芯片进行了高温实验测试,发现传感器的热零点漂移变化率减小了50%。

压敏电阻工艺误差的影响分析

为了解决由于压敏电阻工艺过程中的工艺误差导致压力传感器输出灵敏度和输出量程产生偏差的问题,通过定位压敏芯片在工艺过程中产生误差的工艺步骤,分析相关步骤的误差对器件性能的影响。利用共聚焦显微镜、扫描电子显微镜等设备对欧姆接触区扩散开孔、DRIE刻蚀压敏电阻以及背腔刻蚀3个工艺步骤中引入的误差进行分析,分析结果表明前两个步骤引入的误差主要表现为电阻值的缩小,使得输出电压偏差最大达到8.24%,而背腔刻蚀引入的误差主要表现在电阻变化率上,使得输出电压偏差最大达到5%。在制备压敏电阻过程中可以通过控制这3个步骤的工艺精度来解决引入的工艺误差,从而提高器件的稳定性。

硅压敏电阻刻蚀形貌对高温压力传感器输出特性影响

为解决压力传感器在高温下的热零点漂移问题,文中提出一种压敏电阻均匀刻蚀的方案。通过控制变量法改变沉积和刻蚀聚合物时序参数,解决了制备硅电阻条出现的微负载效应,减小了压力传感器中惠斯登电桥不平衡性。对比了不同参数下的刻蚀效果,得出最佳刻蚀参数为1个循环内钝化时间2 s、刻蚀时间4.8 s,刻蚀图案成功保持了设计图形的关键特征,电阻条连接处曲线平滑、侧壁角度锐利,垂直度达到了88.6°。最终制备的芯片在300℃环境下进行压力测试,测试结果表明传感器芯片热零点漂移率降低了46.7%,验证了该方案对改善芯片高温下热零点漂移的可行性。

NMP/PVP-MWCNTs湿度传感器制备与测试

碳纳米管制备敏感薄膜时往往会因其分散性差,无法保证纳米薄膜的均匀性,从而影响传感器的性能。使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂对多壁碳纳米管进行表面活性处理,制备以多壁碳纳米管为湿敏材料的电阻型湿度传感器。传感器用微机电系统(MEMS)工艺制备叉指电极作为湿敏电阻,在100℃下将多壁碳纳米水溶液组装在电极上,使用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)对湿敏薄膜进行形貌表征。经测试,传感器线性度为0.99806,灵敏度为42.99923Ω/%,相对湿度20%~70%循环测试时响应时间为5 s,恢复时间为6 s,且传感器具有良好的重复性和稳定性。

高频响MEMS压力传感器动态性能研究

面向脉冲型风洞试验设备、大型建筑抗冲击强度试验等特殊环境对瞬态和动态力学量的重大测试需求,高频响MEMS压力传感器的研发已经受到业内广泛关注。论文从器件结构设计、性能模拟仿真、MEMS器件加工工艺及芯片动态性能测试等方面对基于SOI材料的高频响MEMS压力传感器进行了系统研究。首先,论文采用Ansys仿真软件对传感器压力敏感膜尺寸、封装结构及材料参数进行了优化设计;其次采用MEMS工艺实现压力芯片加工,并完成封装结构的制备与传感器整体装配;最后对制备的传感器进行激波管动态性能测试。测试结果表明:传感器的固有频率为222.8 kHz,上升时间约为20μs,可在74 kHz频率内安全工作,此传感器具有冲击信号响应速度快,动态响应频率高特点。

100 GHz双频带通腔体滤波器的设计及制作工艺研究

针对当前双频或多频带通滤波器主要以30 GHz以内的工作范围为主,在高频毫米波范围内以单频超宽带设计为主这一现象,设计出一款可以在100 GHz~103 GHz工作范围内存在两个超窄带工作带宽的双频腔体滤波器。两个工作频段分别为100.67 GHz~101.36 GHz和102.67 GHz~102.78 GHz,与之对应的相对带宽分别为0.68%和0.11%。所设计腔体滤波器采用UV-LIGA工艺完成其样品的制备,并使用由矢量网络分析仪和扩频模块所搭建的测试平台完成测试,经测试,相对带宽的绝对误差分别为0.19%和0.02%。